Materiales en el Mundo Actual

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Química 2 – EEGGCC – PUCP

E-boys

Combustibles Fósiles

(Grupo E)

¿Qué son los combustibles fósiles?

Es aquel combustible que se caracteriza por provenir de la biomasa pasada y tras varios procesos producto del cambio de presión y temperatura hasta formar sustancias con alto grado energético, tales como el carbón, petróleo y el gas natural. Sin embargo al provenir de biomasa del pasado sometida a condiciones específicas existe en una cantidad limitada.

Características generales:

-Todo combustible fósil se forma de material biológico y según el tipo de material biológico es que se puede formar un tipo de combustible fósil, por ejemplo: Con los restos de origen vegetales es que se forma carbón. 

-Para la formación del combustible fósil es necesario una gran cantidad de biomasa, como de largos plazos de tiempo y de condiciones de formación específicas.

-Los combustibles fósiles se caracterizan también por su elevado contenido energético.

-Debido a que provenían de material biológico presentan átomos de carbono en su composición química por lo que al momento de emplearlos en una reacción de combustión liberan gases de tipo invernadero con presencia de carbono como el dióxido de carbono.

-Se les considera como un combustible no renovable, debido a que se presenta en cantidades limitada, además que su proceso de formación resulta completamente inviable ya que se requieren de largos plazos de tiempo, así mismo como de grandes cantidades de material biológico tanto de origen animal como vegetal.

Tipos (características específicas por su tipo):

Carbón:

  • Es un mineral originado por la descomposición de los restos vegetales que usualmente se acumulan en pantanos, lagunas o mares, solo se pueden formar en estos lugares, ya que estos ambientes protegen los restos vegetales del aire (el cual los degradará). Comienza una transformación producto de la acción de las bacteria anaerobias y con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento de carbono, para posteriormente ser cubiertos por depósitos arcillosos.
  • Está conformado por carbono(C), hidrógeno(H), azufre(S), oxígeno(O) y nitrógeno(N).
  • La mayor parte del carbono fue formado durante los periodos carboníferos hace 359-299 millones de años.
  • Presenta 4 tipos, turba, lignito, hulla y antracita; siendo la antracita el mejor tipo de carbón y la turba el peor tipo.

Petróleo:

  • Es un líquido viscoso compuesto de carbono e hidrógeno en distintas proporciones.
  • Se encuentra en profundidades que varían de entre 600-5000m.
  • Se piensa que se formó hace 50 millones de años de restos de plancton y algas.
  • El petróleo extraído directamente del yacimiento se le denomina “petróleo crudo” y para poder emplear su energía se necesita pasar por un proceso de transformación llamado refinamiento.
  • Tras su refinado se obtiene: Butano, GLP(gases licuados del petróleo), gasolina, queroseno, gasóleo y subproductos para la producción del fuel, alquitrán y aceites lubricantes.
  • El petróleo está compuesto de:
    1. Hidrocarburos cíclicos: Su fórmula general es CnH2n.
    2. Hidrocarburos bencénicos: compuestos que tienen como base al C6H6.
    3. Compuestos oxigenados: Compuestos siempre formados por C,H y O.
    4. Compuestos sulfurados: Hidrocarburos que contienen sulfato.
    5. Compuestos nitrogenados cíclicos: Los compuestos presentan una estructura similar al de un anillo, similar al benceno, pero hay presencia de nitrógeno.
    6. Hidrocarburos saturados: su fórmula general es CnH2n+2.
    7. Hidrocarburos etilénicos: su fórmula general es CnH2n + terminación -eno.
    8. Hidrocarburos acetilénicos: Su fórmula general es: CnH2n-2 + terminación -ino.

Gas natural:

  • Compuesto principalmente de metano, además de contener compuestos de átomos carbono e hidrógeno.
  • Se encuentra usualmente en los mismos yacimientos de petróleo.
  • Es inodoro e incoloro, por lo que se le combina con metilmercaptano, ya que es mediante este que se puede detectar una fuga.
  • La composición del gas natural varía de acuerdo al yacimiento, compuesto en promedio por metano (79-97%), etano (0.1-11.14%), propano (0.1-3.7%), butano (<0.7%), nitrógeno (0.5-6.5%), dióxido de carbono (<1.5%), impurezas (vapor de agua, derivados del azufre) y trazas de hidrocarburos más pesados (mercaptano, gases nobles, etc.).
  • Según la British Petroleum en 2017 hay en promedio 193.5 billones de metros cúbicos de reservas de gas natural, se espera que dure 55 años más.

Aplicaciones:

  1. Carbón:
    1. Petróleo sintético, mediante el proceso de licuefacción se puede transformar el carbón en un crudo similar al petróleo.
    2. Siderurgia, mediante la mezcla del hierro y el carbón es posible obtener aleaciones con mayor resistencia y elasticidad .
    3. Uso doméstico, en la actualidad en algunos países en vías de desarrollo es muy usado.
    4. Carboquímica, se practica principalmente en China y África del sur, mediante este proceso se extrae gas de síntesis, el cual está compuesto de monóxido de carbono e hidrógeno, para luego transformarlo en metanol, amoniaco, gasóleo y gasolina.
    5. La producción de energía, en la actualidad una de las principales formas de obtener energía es mediante las plantas petroquímicas en las cuales se quema carbón para obtener energía.
    6.  Para la producción de coque, el coque es un producto de la pirólisis del carbón en lugares aislados de aire, este se emplea para producir acero, como combustible y como reductor en varias industrias.
  2. Petróleo:
    1. En la antigüedad se empleaba para la conservación de las momias 
    2. En el pasado se empleaba como combustible para el alumbrado.
    3. Es un combustible de primer orden.
    4. Mediante su refinado se obtiene: Butano, GLP(gases licuados del petróleo), gasolina, queroseno, gasóleo y subproductos para la producción del fuel, alquitrán y aceites lubricantes.
    5. Es una materia prima fundamental para la producción de fibras, caucho artificial, plásticos, jabones, asfalto, tintas de imprenta, caucho para la fabricación de neumáticos, nafta, gasolina, etc.
  3. Gas natural:
    1. calefacción de edificios y procesos industriales, mediante calderas.
    2. centrales eléctricas de alto rendimiento, como son las de ciclo combinado gas-vapor
    3. centrales de cogeneración que mediante la producción simultánea de electricidad y calor alcanzan rendimientos energéticos elevados..
    4. como gas natural vehicular, combustible cada vez más empleado en camiones, autobuses o buques, en forma de gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado (GNL).
    5. como pila de combustible para generar energía eléctrica en vehículos de hidrógeno.

Ventajas y desventajas para los combustibles fósiles en general:

Ventajas

  • Son de un fácil acceso (extracción) .
  • Son una eficiente fuente de energía térmica por su alto nivel calórico.
  • Son baratos de extraer, almacenar y movilizar.
  • Se encuentran en abundancia en puntos estratégicos.
  • Son una materia prima muy versátil, pues por un lado presenta múltiples derivados y por el otro. presentan una notoria importancia en varios campos de la actividad humana.
  • En la actualidad cubren la mayoría de la demanda energética.
  • Son más baratos que algunas energía renovables.

Desventajas

  • Son recursos limitados.
  • Su extracción puede ser muy perjudicial al medio ambiente, además en la mayoría de los casos es requerido de una intensa activad extractiva, pues muchos de sus yacimientos se encuentran en el subsuelo.
  • Su regeneración en la tierra es muy lenta, pues en varios casos requieren plazos muy extensos de tiempo para poder ser reproducidos, así mismo también de mucha biomasa, por lo que resulta inviable
  • Sus residuos se descomponen muy lentamente .
  • Son un alto contribuyente a la emisión de gases de efecto invernadero, residuos tóxicos y desechos industriales los cuales contaminan mar, tierra y aire.
  • Su accesibilidad fácil no permanecerá a futuro, pues será necesario el excavar más profundamente para poder extraerlo.
  • Son altamente inflamables, por lo que debe de ser aislado de cualquier proceso de combustión, en caso contrario es posible su perdida total, además de un notorio daño al ambiente.
  • Los diferentes países depende de este tipo de recursos, lo cual podría llevar a su desestabilización económica en el momento que se agoten o estén próximos a hacerlo..

Petróleo:

Ventajas:

  • Sus pozos y yacimientos se encuentran repartidos por todo el mundo.
  • Es materia prima de una gran variedad de derivados de este.
  • Los productos a base de petróleo son los que se usan para diversos rubros en la industria (automotriz, belleza, gasolinera, etc).
  • De su proceso de refinamiento es posible extraer múltiples productos.

Desventajas: 

  • Los productos y residuos provenientes del petróleo, son insolubles en agua y altamente contaminantes.
  • Las empresas optan por desechar residuo de la actividad petrolera en el mar, pues es una forma barata de desecharlos.
  • Hay riesgo de derrame en la actividad petrolera, esto supone una alta contaminación del mar.

Gas Natural:

Ventajas:

  • Su transportación es fácil pues puede comprimirse a bajas temperaturas.
  • Mínima emisión de CO2 y alta capacidad calorífica.
  • Alta versatilidad y utilidad como combustible.

Desventajas: 

  • Al ser un extraído no presenta color u olor, por lo que resulta muy complicado detectar una fuga de este, lo cual supone un gran peligro.
  • Una falla en su extracción, puede resultar en la pérdida total de la materia pues esta sale disparada hacia el exterior por la presión a la que se encuentra sometido el yacimiento.

Carbón:

Ventajas:

  • Es un combustible muy utilizado mundialmente, sobre todo para la generación de energía eléctrica
  • Se puede hacer carbón sintético a partir de un gas.
  • A partir del carbón se puede hacer un producto similar a petróleo crudo.

Desventajas

  • Su combustión es muy contaminante.
  • No es muy eficiente, se desperdicia mucha energía al usar el carbón como combustible.
  • Su combustión contribuye a la lluvia ácida.

Ecuaciones y cálculos: 

Bibliografía: